第五章-溫度測量知識(shí)課件

第五章溫度測量溫度檢測的主要方法和分類熱電偶及其測溫原理熱電阻及其測溫原理溫度變送器簡介其它溫度檢測儀表簡介溫度檢測儀表的選用和安裝☆★★☆☆★測溫方式

測溫儀表

測溫范圍℃主要特點(diǎn)

接觸式

膨脹式

玻璃液體

－100～600結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、測量準(zhǔn)確、價(jià)格低廉；測量上限和精度受玻璃質(zhì)量的限制，易碎，不能遠(yuǎn)傳

雙金屬

－80～600結(jié)構(gòu)緊湊、可靠；測量精度低、量程和使用范圍有限

熱電效應(yīng)

熱電偶

－200～1800測溫范圍廣、測量精度高、便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中檢測和自動(dòng)控制，應(yīng)用廣泛；需自由瑞溫度補(bǔ)償，在低溫段測量精度較低

熱阻效應(yīng)

鉑電阻

－200～600測量精度高，便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中檢測和自動(dòng)控制，應(yīng)用廣泛；不能測高溫

銅電阻

－50～150半導(dǎo)體熱敏電阻

－50～150靈敏度高、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便；互換性較差，測量范圍有一定限制

非接觸式

非接觸式

輻射式

0～3500不破壞溫度場，測溫范圍大，響應(yīng)塊，可測運(yùn)動(dòng)物體的溫度；易受外界環(huán)境的影響，標(biāo)定較困難

1溫度檢測方法和分類2熱電偶及其測溫原理熱電效應(yīng)和熱電偶熱電偶中間導(dǎo)體定律與熱電勢的檢測

熱電偶的等值替代定律和補(bǔ)償導(dǎo)線

標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶和分度表熱電偶冷端溫度的處理熱電偶的結(jié)構(gòu)型式——中間導(dǎo)體定律和熱電勢的測量熱電偶的輸出信號(hào)是毫伏信號(hào)，毫伏信號(hào)的大小不僅與冷、熱兩端的溫度有關(guān)，還和熱電偶的電極材料有關(guān)，理論上任何兩種不同導(dǎo)體都可以組成熱電偶，都會(huì)產(chǎn)生熱電勢。但如何來檢測熱電偶產(chǎn)生的毫伏信號(hào)呢？因?yàn)橐獪y量毫伏信號(hào)，必須在熱電偶回路中串接毫伏信號(hào)的檢測儀表，那串接的檢測儀表是否會(huì)產(chǎn)生額外的熱電勢，對熱電偶回路產(chǎn)生影響呢？答：不會(huì)產(chǎn)生影響的。tt0ABCC毫伏計(jì)——等值替代定律和補(bǔ)償導(dǎo)線如果熱電偶AB在某一溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的熱電勢與熱電偶CD在同一溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的熱電勢相等，即，則這兩支熱電偶在該溫度范圍內(nèi)是可以相互替換的，這就是所謂的熱電偶等值替代定律。t0tAAABBBDCtt0tctc例如左圖，設(shè)，證明該回路的總熱電勢為某熱電偶，熱端溫度為t，冷端溫度為tc，顯然冷端溫度難以實(shí)現(xiàn)恒定，怎么辦？DC補(bǔ)償導(dǎo)線冷端的延伸ttcAB熱電偶被測設(shè)備生產(chǎn)現(xiàn)場t0毫伏計(jì)恒溫環(huán)境AB可以把熱電偶做得很長，一直到控制室。把冷端溫度延伸到控制室，變?yōu)閠0，恒定t0比較容易此時(shí)，測得的熱電勢為但熱電偶一般為（較）貴重的金屬，采用如圖所示的延伸方式將需要大量的貴金屬材料，不妥。如果選用一組較廉價(jià)的材料（C、D），且CD在一定溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的熱電勢與熱電偶AB在同一溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的熱電勢相等，就可以用CD來替代AB的延伸段。CD即為熱電偶AB的補(bǔ)償導(dǎo)線，通常CD采用比熱電偶電極材料更廉價(jià)的兩種金屬材料做成，一般在0～100℃范圍內(nèi)要求補(bǔ)償導(dǎo)線要與被補(bǔ)償?shù)臒犭娕季哂袔缀跬耆嗤臒犭娦再|(zhì)。在選擇和使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，要和熱電偶的型號(hào)相匹配，注意極性不能接錯(cuò)，熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線連接處的溫度一般不能高于100℃。

——標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶和分度號(hào)從理論上分析，似乎任何兩種不同的導(dǎo)體都可以組成熱電偶，用來測量溫度。但實(shí)際情況并非如此，為了保證在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用可靠，并具有足夠的精度，熱電偶的電極材料在被測溫度范圍內(nèi)應(yīng)滿足：熱電性質(zhì)穩(wěn)定、物理化學(xué)性能穩(wěn)定、熱電勢隨溫度的變化率要大、熱電勢與溫度盡可能成線性對應(yīng)關(guān)系、具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、復(fù)制性和互換性好等要求，目前在國際上被公認(rèn)的熱電偶材料只有幾種?！戒浿辛谐隽藥追N常用的標(biāo)準(zhǔn)熱電偶分度表。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，熱電偶的分度表是以t0＝0℃為基準(zhǔn)進(jìn)行分度的。當(dāng)t＝0℃時(shí)，所有型號(hào)熱電偶產(chǎn)生的熱電勢為0mV；當(dāng)t<0℃時(shí)，熱電勢為負(fù)值。在所有標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶中，相同溫度條件下B型熱電偶產(chǎn)生的熱電勢最小，E型最大。如果把各型號(hào)熱電偶的熱電勢和溫度制成曲線，可以看出二者呈一定的非線性關(guān)系。即：——熱電偶冷端溫度的處理中間導(dǎo)體定律拆開冷端，串入“毫伏計(jì)”，可以測量熱電勢，而不影響總的熱電勢等值替代定律利用補(bǔ)償導(dǎo)線來延伸冷端，是把熱電偶的冷端從溫度較高和不穩(wěn)定的現(xiàn)場延伸到溫度較低和比較穩(wěn)定的操作室內(nèi)由于操作室內(nèi)的溫度往往高于0℃，而且也是不恒定的（即使有空調(diào)也是不恒定的），這時(shí)，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢必然會(huì)隨冷端溫度的變化而變。因此，在應(yīng)用熱電偶時(shí)，只有把冷端溫度保持為0℃，或者進(jìn)行必要的修正和處理才能得出準(zhǔn)確的測量結(jié)果，對熱電偶冷端溫度的處理稱為冷端溫度補(bǔ)償。目前，熱電偶冷端溫度主要有以下幾種處理方法：冰浴法計(jì)算修正法電橋補(bǔ)償法冰浴法——把熱電偶的冷端放入恒溫裝置中，保持冷端溫度為0℃，多用于實(shí)驗(yàn)室ttc熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線毫伏計(jì)0℃恒溫裝置計(jì)算修正法——如例3.7。這種方法適用于實(shí)驗(yàn)室或者臨時(shí)測溫。電橋補(bǔ)償法——儀表中常用t+－RcuER1R2R3+ab－+－圖3－44電橋補(bǔ)償法——熱電偶的結(jié)構(gòu)形式熱電偶廣泛應(yīng)用于各種條件下的溫度測量，尤其適用于500℃以上較高溫度的測量，普通型熱電偶和鎧裝型熱電偶是實(shí)際應(yīng)用最廣泛的兩種結(jié)構(gòu)。接線盒保護(hù)套管絕緣管熱電偶安裝法蘭引線口普通型熱電偶普通型熱電偶主要由熱電極、絕緣管、保護(hù)套管和接線盒等主要部分組成。貴重金屬熱電極的直徑一般為0.3～0.65mm，普通金屬熱電極的直徑一般為0.5～3.2mm；熱電極的長度由安裝條件和插入深入而定，一般為350～2000mm。絕緣管用于防止兩根電極短路保護(hù)套管用于保護(hù)熱電極不受化學(xué)腐蝕和機(jī)械損傷材料的選擇因工作條件而定普通型熱電偶主要有法蘭式和螺紋式兩種安裝方式鎧裝型熱電偶熱電極絕緣材料金屬套管熱電極絕緣材料鎧裝型熱電偶斷面結(jié)構(gòu)鎧裝型熱電偶是由熱電極、絕緣材料和金屬套管三者經(jīng)過拉伸加工成型的金屬套管一般為銅、不銹鋼、鎳基高溫合金等保護(hù)套管和熱電極之間填充絕緣材料粉末，常用的絕緣材料有氧化鎂、氧化鋁等。鎧裝型熱電偶可以做得很細(xì)，一般為2～8mm，在使用中可以隨測量需要任意彎曲。鎧裝熱電偶具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、機(jī)械強(qiáng)度高、抗震性好、可彎曲等優(yōu)點(diǎn)，可安裝在結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的裝置上，應(yīng)用十分廣泛。3熱電阻及其測溫原理熱電阻的測溫原理工業(yè)上常用的金屬熱電阻

熱電阻的信號(hào)連接方式

熱電阻的結(jié)構(gòu)型式——熱電阻的測溫原理在工業(yè)應(yīng)用中，熱電偶一般適用于測量500℃以上的較高溫度。對于500℃以下的中、低溫度，熱電偶輸出的熱電勢很小，這對二次儀表的放大器、抗干擾措施等的要求就很高，否則難以實(shí)現(xiàn)精確測量；而且，在較低的溫度區(qū)域，冷端溫度的變化所引起的相對誤差也非常突出。所以測量中、低溫度，一般使用熱電阻溫度測量儀表較為合適。熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)進(jìn)行溫度測量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓?，就可以測量出被測溫度。目前，主要有金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類。金屬熱電阻：金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關(guān)系式表示：

式中，為溫度t時(shí)對應(yīng)的電阻值為溫度t0(通常t0＝0℃)時(shí)對應(yīng)的電阻值為溫度系數(shù)。

半導(dǎo)體熱敏電阻：半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值和溫度的關(guān)系為：

式中，為溫度t時(shí)對應(yīng)的電阻值A(chǔ)、B是取決于半導(dǎo)體材料和結(jié)構(gòu)的常數(shù)金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻的比較：熱敏電阻的溫度系數(shù)更大，常溫下的電阻值更高（通常在數(shù)千歐以上），但互換性較差，非線性嚴(yán)重，測溫范圍只有－50～300℃左右，大量用于家電和汽車用溫度檢測和控制。金屬熱電阻一般適用于測量－200～500℃范圍內(nèi)的溫度測量，其特點(diǎn)測量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、性能可靠，在過程控制領(lǐng)域中的應(yīng)用極其廣泛?！獭I(yè)上常用的金屬熱電阻

從電阻隨溫度的變化來看，大部分金屬導(dǎo)體都有這種性質(zhì)，但并不是都能用作測溫?zé)犭娮瑁鳛闊犭娮璧慕饘俨牧弦话阋螅罕M可能大而且穩(wěn)定的溫度系數(shù)、電阻率要大、在使用的溫度范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的化學(xué)和物理性能、材料的復(fù)制性好、電阻值隨溫度變化要有單值函數(shù)關(guān)系（最好呈線性關(guān)系）。我國最常用的鉑熱電阻有R0＝10Ω、R0＝100Ω和R0＝1000Ω等幾種，它們的分度號(hào)分別為Pt10、Pt100

和Pt1000；銅熱電阻有R0＝50Ω和R0＝100Ω兩種，分度號(hào)分別為Cu50和Cu100其中Pt100

和Cu50

的應(yīng)用更為廣泛

——熱電阻的信號(hào)連接方式熱電阻是把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的一次元件，通常需要把電阻信號(hào)通過引線傳遞到計(jì)算機(jī)控制裝置或者其它二次儀表上。常用的引線方式有三種：ER1R2R3二線制：在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線來引出電阻信號(hào)。這種引線方式最簡單但由于連接導(dǎo)線必然存在引線電阻r，r的大小與導(dǎo)線的材質(zhì)和長度等因素有關(guān)很明顯，圖中的因此，這種引線方式只適用于測量精度要求較低的場合。

ER1R2R3三線制：在熱電阻根部的一端連接一根引線，另一端連接兩根引線的方式稱為三線制這種方式通常與電橋配套使用，可以較好地消除引線電阻的影響，是工業(yè)過程中最常用的引線方式。

IIABC事實(shí)上電橋上R1＝R2>>Rt、R3，經(jīng)過設(shè)計(jì)可以使兩個(gè)橋臂上的電流相等，均為I，且I幾乎不受Rt的影響三線制的連接，每根線上同樣也存在導(dǎo)線電阻r此時(shí)，Ui＝UAC＝？？可以起到調(diào)零的作用四線制：在熱電阻根部兩端各連接兩根導(dǎo)線的方式稱為四線制，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流Is，把Rt轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)Ui，再通過另兩根引線把Ui引至二次儀表。可見這種引線方式可以完全消除引線電阻的影響，主要用于高精度的溫度檢測。4溫度變送器簡介

DDZ-III型溫度變送器一體化溫度變送器智能式溫度變送器——DDZ－III型溫度變送器分為熱電偶溫度變送器和熱電阻溫度變送器兩種熱電偶溫度變送器：把mV信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流輸出熱電阻溫度變送器：把Ω信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流輸出最終要求：變送器輸出電流Io應(yīng)與被測溫度t成線性對應(yīng)關(guān)系熱電偶溫度變送器應(yīng)主要要解決：冷端溫度補(bǔ)償和線性化處理兩個(gè)內(nèi)容熱電偶溫度變送器輸入熱電勢毫伏信號(hào)，輸入回路即是冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償橋路，其產(chǎn)生的補(bǔ)償電勢與熱電勢相加后作為測量電勢，因此補(bǔ)償電橋上的參數(shù)與熱電偶分度號(hào)有關(guān)，熱電偶溫度變送器使用時(shí)要注意分度號(hào)的匹配。線性化處理電路熱電阻溫度變送器應(yīng)主要要解決：克服引線電阻的影響和線性化處理兩個(gè)內(nèi)容采用三線制輸入方式。線性化處理電路——一體化溫度變送器分為一體化熱電偶溫度變送器和一體化熱電阻溫度變送器兩種熱電偶溫度變送器：把mV信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流輸出熱電阻溫度變送器：把Ω信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流輸出所謂一體化溫度變送器，是指將變送器模塊安裝在測溫元件接線盒或?qū)Ｓ媒泳€盒內(nèi),變送器模塊和測溫元件形成一個(gè)整體，可直接安裝在被測設(shè)備上，輸出為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)4～20mA。這種變送器具有體積小、重量輕、現(xiàn)場安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，因而在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。由于一體化溫度變送器直接安裝在現(xiàn)場，但由于變送器模塊內(nèi)部的集成電路一般情況下工作溫度在–20～+80℃范圍內(nèi)，超過這一范圍，電子器件的性能會(huì)發(fā)生變化，變送器將不能正常工作，因此在使用中應(yīng)特別注意變送器模塊所處的環(huán)境溫度。一體化溫度變送器品種較多，其變送器模塊大多數(shù)以一片專用變送器芯片為主，外接少量元器件構(gòu)成，常用的變送器芯片有AD693、XTR101、XTR103、IXR100等。下面以AD693構(gòu)成的一體化溫度變送器為例進(jìn)行介紹。

一體化熱電偶溫度變送器I1I2VT1——智能式溫度變送器智能式溫度變送器有采用HART協(xié)議通信方式，也有采用現(xiàn)場總線通信方式。下面以SMART公司的TT302溫度變送器為例進(jìn)行介紹。TT302溫度變送器是一種符合FF通信協(xié)議的現(xiàn)場總線智能儀表，它可以與各種熱電阻或熱電偶配合使用測量溫度，具有量程范圍寬、精度高、環(huán)境溫度和振動(dòng)影響小、抗干擾能力強(qiáng)、重量輕以及安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

輸入板包括多路轉(zhuǎn)換器、信號(hào)調(diào)理電路、A／D轉(zhuǎn)換器和隔離部分，其作用是將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)，傳送給CPU，并實(shí)現(xiàn)輸入板與主電路板的隔離。

用于熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償

核心采樣、計(jì)算(控制)、輸出

產(chǎn)生并輸出滿足FF標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號(hào)

顯示

5雙金屬溫度計(jì)

6溫度檢測儀表的選用工業(yè)上常見的溫度檢測儀表主要有:雙金屬溫度計(jì)熱電偶熱電阻輻射式溫度計(jì)等就地指示精度不高在線檢測適用于測量500～1800℃范圍的中高溫度適用于測量500℃以下的中低溫度一般用于2000℃以上的高溫測量選項(xiàng)使用熱電阻、熱電偶時(shí)還應(yīng)該根據(jù)相應(yīng)的要求確定合適的分度號(hào)。——溫度檢測儀表的安裝一般來說，溫度檢測儀表的安裝需要遵循以下原則：

檢測元件的安裝應(yīng)確保測量的準(zhǔn)確性，選擇有代表性的安裝位置。檢測元件應(yīng)該有足夠的插入深度不應(yīng)該把檢測元件插入介質(zhì)的死角，以確保能進(jìn)行充分的熱交換；測量管道中的介質(zhì)溫度時(shí)，檢測元件工作端應(yīng)位于管道中心流速最大之處檢測元件應(yīng)該迎著流體流動(dòng)方向安裝，非不得已時(shí)，切勿與被測介質(zhì)順流安裝，否則容易產(chǎn)生測量誤差；測量負(fù)壓管道（或設(shè)備）上的溫度時(shí)，必須保證有密封性，以免外界空氣的吸入而降低精度。(a)逆流(b)正交(d)彎頭圖3-56溫度檢測元件的安裝示意圖檢測元件的安裝應(yīng)確保安全、可靠。

為避免檢測元件的損壞，接觸式測量儀表的保護(hù)套管應(yīng)該具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度在使用時(shí)可以根據(jù)現(xiàn)場的工作壓力、溫度、腐蝕性等特性，合理地選擇保護(hù)套管的材質(zhì)、壁厚當(dāng)介質(zhì)壓力超過10Mpa時(shí)，必須安裝保護(hù)外套，確保安全為了減小測量的滯后，可在保護(hù)套管內(nèi)部加裝傳熱良好的填充物，如硅油、石英砂等等接線盒出線孔應(yīng)該朝下，以免因密封不良使水汽、灰塵等進(jìn)入而降低測量精度。檢測元件的安裝應(yīng)綜合考慮儀表維修、校驗(yàn)的方便。

按照規(guī)定的型號(hào)配用熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線，注意熱電偶的正、負(fù)極與補(bǔ)償導(dǎo)線的正、負(fù)極相連接。熱電阻的線路電阻一定要符合所配二次儀表的要求。為了保護(hù)連接導(dǎo)線與補(bǔ)償導(dǎo)線不受外來機(jī)械損傷，連接導(dǎo)線或補(bǔ)償導(dǎo)線應(yīng)穿入鋼管內(nèi)或走匯線槽。導(dǎo)線應(yīng)盡量避免有接頭。應(yīng)有良好的絕緣。禁止與交流輸電線合用一根穿線管，以免引起感應(yīng)。補(bǔ)償導(dǎo)線不應(yīng)有中間接頭，否則應(yīng)加裝接線盒。另外，最好與其他導(dǎo)線分開敷設(shè)。

——布線要求第三章流量測量流量檢測的主要方法和分類節(jié)流式流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)電磁流量計(jì)渦輪流量計(jì)漩渦流量計(jì)容積式流量計(jì)其它流量檢測方法超聲波式流量檢測

質(zhì)量流量檢測方法

☆★★★☆☆☆☆★——幾個(gè)概念流量通常是指單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道某截面的流體的數(shù)量，也就是所謂的瞬時(shí)流量；在某一段時(shí)間內(nèi)流過流體的總和，稱為總量或累積流量。

體積流量以體積表示的瞬時(shí)流量用qv表示，單位為m3/s以體積表示的累積流量用Qv表示，單位為m3質(zhì)量流量以質(zhì)量表示的瞬時(shí)流量用qm表示，單位為kg/s以質(zhì)量表示的累積流量用Qm表示，單位為kg標(biāo)態(tài)下的體積流量由于氣體是可壓縮的，流體的體積會(huì)受工況的影響，為了便于比較，工程上通常把工作狀態(tài)下測得的體積流量換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（溫度為20℃，壓力為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）下的體積流量。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量用qvn表示，單位為Nm3/s。

1流量檢測的主要方法和分類流量檢測方法有很多，就測量原理而言，可以分為直接測量法和間接測量法兩類。直接測量法可以直接測量出管道中的體積流量或質(zhì)量流量間接測量法則是通過測量出流體的(平均)流速，結(jié)合管道的截面積、流體的密度及工作狀態(tài)等參數(shù)計(jì)算得出。除了橢圓齒輪流量計(jì)直接測量體積流量、科里奧利力質(zhì)量流量計(jì)之外，其它均基于間接法來流量測量2節(jié)流式流量計(jì)節(jié)流式流量計(jì)也稱為差壓式流量計(jì)，它是目前工業(yè)生產(chǎn)過程中流量測量最成熟、最常用的方法之一。如果在管道中安置一個(gè)固定的阻力件，它的中間開一個(gè)比管道截面小的孔，當(dāng)流體流過該阻力件時(shí)，由于流體流束的收縮而使流速加快、靜壓力降低，其結(jié)果是在阻力件前后產(chǎn)生一個(gè)較大的壓差。壓差的大小與流體流速的大小有關(guān)，流速愈大，差壓也愈大，因此只要測出差壓就可以推算出流速，進(jìn)而可以計(jì)算出流體的流量。

(a)標(biāo)準(zhǔn)孔板(b)噴嘴(c)文丘里管把流體流過阻力件使流束收縮造成壓力變化的過程稱節(jié)流過程，其中的阻力件稱為節(jié)流件。作為流量檢測用的節(jié)流件有標(biāo)準(zhǔn)的和特殊的兩種。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件包括標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和標(biāo)準(zhǔn)文丘里管。對于標(biāo)準(zhǔn)化的節(jié)流件，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)都有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定、要求和計(jì)算所需的有關(guān)數(shù)據(jù)及程序，可直接按照標(biāo)準(zhǔn)制造；安裝和使用時(shí)不必進(jìn)行標(biāo)定。特殊節(jié)流件主要用于特殊介質(zhì)或特殊工況條件的流量檢測，它必須用實(shí)驗(yàn)方法單獨(dú)標(biāo)定。相比而言，標(biāo)準(zhǔn)孔板制作最簡單，使用也最廣泛，一下只介紹標(biāo)準(zhǔn)孔板，

123——節(jié)流原理

流動(dòng)流體的能量有兩種形式：靜壓能和動(dòng)能。流體由于有壓力而具有靜壓能，又由于有流動(dòng)速度而具有動(dòng)能，這兩種形式的能量在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的。

流速靜壓——標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件(孔板)

節(jié)流裝置包括節(jié)流件、取壓裝置和符合要求的前后直管段標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置是指節(jié)流件、取壓裝置都標(biāo)準(zhǔn)化，前后直管段符合規(guī)定要求，可以直接投入使用

標(biāo)準(zhǔn)孔板，要求：d/D應(yīng)在0.2～0.75之間d不小于12.5mm直孔厚度h應(yīng)在0.005D到0.02D之間孔板的總厚度H應(yīng)在h和0.05D之間圓錐面的斜角α應(yīng)在30～45°之間…………標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和標(biāo)準(zhǔn)文丘里管的結(jié)構(gòu)參數(shù)的規(guī)定也可以查閱相關(guān)的設(shè)計(jì)手冊。有手冊可查，不要求記——標(biāo)準(zhǔn)取壓方式

國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的取壓方式有角接取壓、法蘭取壓和D－D/2取壓。角接取壓環(huán)隙取壓單獨(dú)鉆孔取壓夾持環(huán)流體角接取壓的兩個(gè)取壓口分別位于孔板上下端面與管壁的夾角處取壓口可以是環(huán)隙取壓口和單獨(dú)鉆孔取壓口環(huán)隙取壓利用左右對稱的兩個(gè)環(huán)室把孔板夾在中間，通常要求環(huán)隙在整個(gè)圓周上穿通管道，或者每個(gè)夾持環(huán)應(yīng)至少有四個(gè)開孔與管道內(nèi)部連通，每個(gè)開孔的中心線彼此互成等角度，再利用導(dǎo)壓管把孔板上下游的壓力分別引出當(dāng)采用單獨(dú)鉆孔取壓時(shí)，取壓口的軸線應(yīng)盡可能以90°與管道軸線相交環(huán)隙寬度和單獨(dú)鉆孔取壓口的直徑a通常在4～10mm之間顯然，環(huán)隙取壓由于環(huán)室的均壓作用，便于測出孔板兩端的平穩(wěn)差壓，能得到較好的測量精度，但是夾持環(huán)的加工制造和安裝要求嚴(yán)格。當(dāng)管徑D＞500mm時(shí)，一般采用單獨(dú)鉆孔取壓。法蘭取壓和D－D/2取壓法蘭取壓裝置是由一對帶有取壓口的法蘭組成取壓口軸線距離孔板上、下端面均為25.4mm（1英寸）l1l2法蘭取壓D－D/2取壓裝置是設(shè)有取壓口的管段，上、下游取壓口軸線與孔板上游端面的距離分為D和D/2（D為管道的直徑）l1(D)l2(D/2)D－D/2取壓——節(jié)流式流量計(jì)的安裝

原理總結(jié)：節(jié)流裝置引壓管差壓變送器顯示儀表/控制器在各種標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)流裝置中以標(biāo)準(zhǔn)孔板的應(yīng)用最為廣泛，它具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝使用方便的特點(diǎn)，適用于大流量的測量?？装宓淖畲笕秉c(diǎn)是流體流經(jīng)節(jié)流件后壓力損失較大，當(dāng)工藝管路不允許有較大的壓力損失時(shí)，一般不宜選用孔板流量計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和標(biāo)準(zhǔn)文丘里管的壓力損失較小，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不易加工。雖然節(jié)流式流量計(jì)的應(yīng)用非常廣泛，但是如果使用不當(dāng)往往會(huì)出現(xiàn)很大的測量誤差，有時(shí)甚至高達(dá)10～20％。下面列舉一些造成測量誤差的原因，以便在安裝使用過程中得到充分的注意，并予以適當(dāng)?shù)慕鉀Q?！恫顗鹤兯推鞯陌惭b如前所述》流體在管道中正常流動(dòng)（v、p）節(jié)流件使流體收束，流速增大，壓力降低節(jié)流件前后出現(xiàn)“壓差”“壓差”與流量有關(guān)再采用差壓變送器，將差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，便于顯示及控制——節(jié)流式流量計(jì)的使用特點(diǎn)和要求標(biāo)準(zhǔn)孔板應(yīng)用廣泛，它具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便的特點(diǎn)，適用于大流量的測量?？装鍦y量的壓損大，當(dāng)不允許有較大的管道壓損時(shí)，便不宜采用。在一般場合下，仍采用孔板為多。標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和標(biāo)準(zhǔn)文丘里管的壓力損失較孔板為小，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不易加工。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置僅適用于測量管道直徑大于50mm，雷諾數(shù)在104～105以上的流體；流體應(yīng)當(dāng)清潔，充滿全部管道，不發(fā)生相變；為保證流體在節(jié)流裝置前后為穩(wěn)定的流動(dòng)狀態(tài)，在節(jié)流裝置的上、下游必須配置一定長度的直管段（與管徑、節(jié)流件的開孔面積以及管路上的彎頭數(shù)都有關(guān)系）節(jié)流裝置經(jīng)過長時(shí)間的使用，會(huì)因物理磨損或者化學(xué)腐蝕，造成幾何形狀和尺寸的變化，從而引起測量誤差，因此需要及時(shí)檢查和維修，必要時(shí)更換新的節(jié)流裝置——節(jié)流式流量計(jì)誤差產(chǎn)生的原因?qū)嶋H工況與設(shè)計(jì)要求不符，如：溫度、壓力、濕度以及相應(yīng)的流體重度、粘度、雷諾數(shù)等參數(shù)數(shù)值發(fā)生變化，則會(huì)造成較大的誤差。為了消除這種誤差，必須按新工藝重新設(shè)計(jì)計(jì)算，或加以必要的修正。節(jié)流裝置安裝不正確節(jié)流裝置安裝不正確，在安裝時(shí)，特別要注意節(jié)流裝置的安裝方向。在使用中，要保持節(jié)流裝置的清潔。如在節(jié)流裝置處防止有沉淀、結(jié)焦、堵塞等現(xiàn)象。節(jié)流裝置的磨損，應(yīng)注意日常檢查、維修，必要時(shí)應(yīng)換用新的孔板。導(dǎo)壓管安裝不正確，或有諸塞、滲漏現(xiàn)象，——節(jié)流式流量計(jì)誤差產(chǎn)生的原因孔板本身原因：直角邊緣不銳利

測量值偏小

d太大

測量值偏小

正取壓孔離端面太遠(yuǎn)

測量值偏小

h太大

測量值偏大

負(fù)取壓孔離端面太遠(yuǎn)

測量值偏小

測量值偏大

安裝不好，孔板彎曲

可大可小

3轉(zhuǎn)子流量計(jì)在工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到小流量的測量，因其流體的流速低，這就要求測量儀表有較高的靈敏度，才能保證一定的精度。轉(zhuǎn)子流量計(jì)特別適宜于測量管徑50mm以下管道的流量，測量的流量可小到每小時(shí)幾升。h孔板流量計(jì)：節(jié)流面積不變流量變化壓差發(fā)生變化轉(zhuǎn)子流量計(jì)：壓差不變流量變化節(jié)流面積發(fā)生變化轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要由兩個(gè)部分組成：一是由下往上逐漸擴(kuò)大的錐形管（通常用透明玻璃制成）二是放在錐形管內(nèi)可自由運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子。被測流體由錐形管下端進(jìn)入，流經(jīng)轉(zhuǎn)子與錐形管之間的環(huán)隙，再從上端流出。當(dāng)流體流過的時(shí)候，位于錐形管中的轉(zhuǎn)子受到向上的一個(gè)力，使其浮起。當(dāng)這個(gè)力正好等于轉(zhuǎn)子重量減去流體對轉(zhuǎn)子的浮力，此時(shí)轉(zhuǎn)子就停浮在一定的高度上。若流體流量突然由小變大時(shí)，作用在轉(zhuǎn)子上的向上的力就加大，轉(zhuǎn)子上升，環(huán)隙增大，即流通面積增大。隨著環(huán)隙的增大，使流體流速變慢，流體作用在轉(zhuǎn)子上的向上力也就變小。這樣，轉(zhuǎn)子在一個(gè)新的高度上重新平衡。這樣，轉(zhuǎn)子在錐形管中平衡位置的高低h與被測介質(zhì)的流量大小相對應(yīng)?！D(zhuǎn)子流量計(jì)的特點(diǎn)①轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要適合于檢測中小管徑、較低雷諾數(shù)的中小流量；②流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，工作可靠，儀表前直管段長度要求不高；③流量計(jì)的基本誤差約為儀表量程的土2％，量程比可達(dá)10：1④流量計(jì)的測量精度易受被測介質(zhì)密度、粘度、溫度、壓力、純凈度、安裝質(zhì)量等的影響。4電磁流量計(jì)基本工作原理導(dǎo)體切割磁力線，會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢適用場合可以檢測具有一定電導(dǎo)率的酸、堿、鹽溶液，腐蝕性液體以及含有固體顆粒的的液體測量，但不能檢測氣體、蒸汽和非導(dǎo)電液體的流量。流量公式當(dāng)導(dǎo)電的流體在磁場中以垂直方向流動(dòng)而切割磁力線時(shí)，就會(huì)在管道兩邊的電極上產(chǎn)生感應(yīng)電勢，感應(yīng)電勢的大小與磁場的強(qiáng)度、流體的速度和流體垂直切割磁力線的有效長度成正比：。在管道直徑D已經(jīng)確定，磁場強(qiáng)度B維持不變時(shí)，流體的體積流量與磁感應(yīng)電勢成線性關(guān)系。利用上述原理制成的流量檢測儀表稱為電磁流量計(jì)?！姶帕髁坑?jì)的特點(diǎn)測量導(dǎo)管內(nèi)無可動(dòng)或突出于管道內(nèi)部的部件，因而壓力損失極??；只要是導(dǎo)電的，被測流體可以是含有顆粒、懸浮物等，也可以是酸、堿、鹽等腐蝕性物質(zhì)；流量計(jì)的輸出電流與體積流量成線性關(guān)系，并且不受液體的溫度、壓力、密度、粘度等參數(shù)的影響；電磁流量計(jì)的量程比一般為10:1，精度較高的量程比可達(dá)100:1；測量口徑范圍大，可以從lmm到2m以上，特別適用于lm以上口徑的水流量測量；測量精度一般優(yōu)于0.5級；電磁流量計(jì)反應(yīng)迅速，可以測量脈動(dòng)流量；主要缺點(diǎn)：被測流體必須是導(dǎo)電的，不能小于水的電導(dǎo)率不能測量氣體、蒸汽和石油制品等的流量由于襯里材料的限制，一般使用溫度為0～200℃；因電極嵌裝在測量導(dǎo)管上的，使工作壓力限制(一般≤0.25MPa）——電磁流量計(jì)的安裝可以水平安裝，也可以垂直安裝，但要求液體充滿管道；直管段要求：前10D，后5D以上；遠(yuǎn)離磁場；變送器前后管道有時(shí)帶有較大的雜散電流，一般要把變送器前后1～1.5m出和變送器外殼連接在一起，共同接地。

5渦輪流量計(jì)基本工作原理流體沖擊渦輪葉片，使渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪的旋轉(zhuǎn)速度隨流量的變化而變化，通過渦輪外的磁電轉(zhuǎn)換裝置可將渦輪的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成電脈沖SNωqv特點(diǎn)和要求流量與渦輪轉(zhuǎn)速之間成線性關(guān)系，量程比一般為1O：1；渦輪流量計(jì)的測量精度較高，可達(dá)到0.5級以上；反應(yīng)迅速，可測脈動(dòng)流量；主要用于中小口徑的流量檢測；僅適用潔凈的被測介質(zhì)，通常在渦輪前要安裝過濾裝置；流量計(jì)水平安裝，前后需一定長度的直管段，一般上游側(cè)和下游側(cè)的直管段長度要求在10D和5D以上；常溫下用水標(biāo)定，當(dāng)介質(zhì)的密度和粘度發(fā)生變化時(shí)需重新標(biāo)定或進(jìn)行補(bǔ)償6漩渦流量計(jì)基本工作原理把一個(gè)漩渦發(fā)生體（非流線型對稱物體）垂直插在管道中，當(dāng)流體繞過漩渦發(fā)生體時(shí)會(huì)在其左右兩側(cè)后方交替產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)方向相反的漩渦，形成渦列，該漩渦列就稱為卡門渦街只有當(dāng)兩列漩渦的間距h與同列中相鄰漩渦的間距l(xiāng)滿足為h／l＝0.281條件時(shí)，卡門渦列才是穩(wěn)定的。且單列漩渦產(chǎn)生的頻率f與流體流速v成正比，與柱體的特征尺寸d（漩渦發(fā)生體的迎面最大寬度）成反比，即：

特點(diǎn)和要求渦街流量計(jì)輸出信號(hào)（頻率）不受流體物性和組分變化的影響，在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，幾乎不受流體的溫度、壓力、密度、粘度等變化的影響，故用水或空氣標(biāo)定的漩渦流量計(jì)可用于其他液體和氣體的流量測量而不需標(biāo)定；管道內(nèi)無可動(dòng)部件，使用壽命長，壓力損失??；測量精度高（約為士0.5％～1％），量程比20:1；尤其適用于大口徑管道的流量測量。但是流量計(jì)安裝時(shí)要求有足夠的直管段長度，上游和下游的直管段分別要求不少于2OD和5D，漩渦發(fā)生體的軸線應(yīng)與管路軸線垂直。

7橢圓齒輪流量計(jì)——直接測量基本工作原理“一碗一碗”計(jì)量V轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，就排出四個(gè)由橢圓齒輪與外殼圍成的半月形空腔的流體體積(4V)。在V一定的情況下，只要測出流量計(jì)的轉(zhuǎn)速n就可以計(jì)算出被測流體的流量流量方程特點(diǎn)和要求計(jì)量精度高，一般可達(dá)0.2～0.5級，有的甚至能達(dá)到0.1級安裝直管段對計(jì)量精度影響不大，量程比一般為10:1一般只適用于10～150mm的中小口徑。容積式流量計(jì)對被測流體的粘度變化不敏感，特別適合于測量高粘度的流體（例如重油、樹脂等）甚至糊狀物的流量，但要求被測介質(zhì)干凈，不含固體顆粒，所以一般情況下，流量計(jì)前要裝過濾器。由于受零件變形的影響，容積式流量計(jì)一般不宜在高溫或低溫下使用。8其它——科里奧利力質(zhì)量流量計(jì)基本工作原理

（實(shí)驗(yàn)）

將充水軟管（水不流動(dòng)）兩端懸掛，使其中段下垂成U形，靜止時(shí)，U形的兩管處于同一平面，并垂直于地面，左右擺時(shí)，兩管同時(shí)彎曲，仍然保持在同一曲面

若將軟管與水源相接，使水由一端流入，從另一端流出（如圖b和c）。當(dāng)U形管受外力作用向右左擺動(dòng)時(shí)，它將發(fā)生扭曲。扭曲的方向總是出水側(cè)的擺動(dòng)要早于人水側(cè)；

隨著質(zhì)量流量的增加，這種現(xiàn)象變得更加明顯，出水側(cè)擺動(dòng)相位超前于入水側(cè)更多。

這就是科氏力質(zhì)量流量的檢測原理，它利用兩管的振動(dòng)（擺動(dòng)）相位差來反映流經(jīng)該U形管的質(zhì)量流量利用科氏力構(gòu)成的質(zhì)量流量計(jì)有直管、彎管、單管、雙管等多種形式雙彎管型是最常見它由兩根金屬U形管組成，其端部連通并與被測管路相連。這樣流體可以同時(shí)在兩個(gè)U形管內(nèi)流動(dòng)在兩管的中間A、B、C三處各裝有一組壓電換能器換能器A在外加交變電壓作用下產(chǎn)生交變力，使兩根U形管彼此一開一合地振動(dòng)，相當(dāng)于兩根軟管按相反方向不斷擺動(dòng)換能器B和C用來檢測兩管的振動(dòng)情況由于B處于進(jìn)口側(cè)，C處于出口側(cè)，則根據(jù)出口側(cè)振動(dòng)相位超前于進(jìn)口側(cè)的規(guī)律，C輸出的交變信號(hào)的相位將超前于B某個(gè)相位此相位差的大小與質(zhì)量流量成正比

科里奧利力質(zhì)量流量計(jì)若將這兩個(gè)交流信號(hào)相位差經(jīng)過電路進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成直流4～20mA等標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，就成為質(zhì)量流量變送器。

特點(diǎn)和要求科氏力質(zhì)量流量計(jì)的測量精度較高，主要用于粘度和密度相對較大的單相和混相流體的流量測量由于結(jié)構(gòu)等原因，這種流量計(jì)適用于中小尺寸的管道的流量檢測。

——間接式質(zhì)量流量測量（其它略）第四章物位測量概述差壓式物位儀表浮力式物位儀表電容式物位儀表輻射式物位儀表☆★☆☆☆1概述幾個(gè)概念在容器中液體介質(zhì)的高低叫液位，容器中固體或顆粒狀物質(zhì)的堆積高度叫料位測量液位的儀表叫液位計(jì)，測量料位的儀表叫料位計(jì)測量兩種密度不同液體介質(zhì)的分界面的儀表叫界面計(jì)在物位檢測中，有時(shí)需要對物位進(jìn)行連續(xù)檢測，有時(shí)只需要測量物位是否達(dá)到某一特定位置，用于定點(diǎn)物位測量的儀表稱為物位開關(guān)

物位檢測的作用控制、計(jì)量、報(bào)警等。

檢測方法分類直讀式物位儀表：玻璃管液位計(jì)、玻璃板液位計(jì)等。差壓式物位儀表：利用液柱或物料堆積對某定點(diǎn)產(chǎn)生壓力的原理而工作。浮力式物位儀表：利用浮子高度或浮力隨液位高度而變化的原理工作。電磁式物位儀表：使物位的變化轉(zhuǎn)換為一些電量的變化，如電容核輻射物位儀表：利用射線透過物料時(shí)其強(qiáng)度隨物質(zhì)層的厚度而變化的原理聲波式物位儀表：由于物位的變化引起聲阻抗的變化、聲波的遮斷和聲波反射距離的不同，測出這些變化就可測知物位。根據(jù)工作原理分為聲波遮斷式、反射式和阻尼式。光學(xué)式物位儀表：利用物位對光波的遮斷和反射原理工作……2差壓式液位計(jì)基本工作原理ΔP=ρgH零點(diǎn)遷移ΔP=ρ1gHΔP=ρ1gH-ρ2g（h2-h1）ΔP=ρ1gH+ρ1gh1零點(diǎn)遷移的目的：使H＝0時(shí)，變送器輸出為Iomin（如4mA）無遷移

負(fù)遷移

遷移量：

-ρ2g（h2-h1）正遷移

遷移量：

ρ1gh1例已知ρ1=1200kg/m3，ρ2=950kg/m3，h1=1m，h2=5m，液位變化范圍0—2.5米，求：變送器的量程和遷移量。解Hmaxρ1g=2.5*1200*9.8=29400Pa變送器量程可選為：40kPa當(dāng)H=0時(shí)，-ρ2g（h2-h1）=-4*950*9.8=-37.24kPa變送器需要進(jìn)行負(fù)遷移，遷移量為－37.24kPa

結(jié)論：差壓式液位變送器，事實(shí)上就是一個(gè)差壓變送器，無非液位變送器的輸出與液位高度H成線性關(guān)系因此，差壓式液位變送器的安裝與前面所述的差壓變送器的安裝是完全相同的。為了解決測量具有腐蝕性或含有結(jié)晶顆粒以及粘度大、易凝固等液體液位時(shí)，引壓管線容易出現(xiàn)被腐蝕、被堵塞的問題，應(yīng)使用在導(dǎo)壓管人口處加隔離膜盒的法蘭式差壓變送器（壓力信號(hào)的遠(yuǎn)傳裝置），分單法蘭式及雙法蘭式兩種。

3浮筒式液位計(jì)基本工作原理浮筒GF彈F浮浮筒彈簧磁鋼室輸出指示器主要由四個(gè)基本部分組成：浮筒、彈簧、磁鋼室和輸出指示器當(dāng)浮筒沉浸在液體中時(shí)，浮筒將受到向下的重力G、向上的浮力F浮和彈簧彈力F-彈的復(fù)合作用彈簧的伸縮使其與剛性連接的磁鋼產(chǎn)生位移，再通過輸出指示器內(nèi)磁感應(yīng)元件和傳動(dòng)裝置或變換輸出裝置，使其指示出液位或輸出與